一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种井下原位螺旋

【技术实现步骤摘要】
一种井下原位螺旋
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旋流耦合分离模拟实验系统及方法


[0001]本专利技术涉及天然气水合物开采装备领域，具体涉及一种井下原位螺旋
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旋流耦合分离模拟实验系统。

技术介绍

[0002]天然气水合物，又称“可燃冰”，是一种储量大、密度高、热值高的清洁能源。天然气水合物分布广、埋藏浅、清洁无污染、储量巨大，被视为油气领域最有潜力的替代清洁能源。我国南海神狐海域水合物层76.5％以上是非成岩结构，其具有埋深浅、弱胶结、不稳定、无致密盖层、含砂量高，且粉砂主要是微米级极细
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细粒粉砂与中粗粒粉砂，具有粒径跨尺度、微米级极细等特点。因而为了解决天然气水合物开发出砂量大、防砂困难的瓶颈问题，实现其持续、安全、高效开发，井下分离器原位除砂是必不可少的环节。但现有井下分离器多为结构及规格参数单一的的旋流、螺旋分离器，无法满足天然气水合物开采的需求，尤其是针对天然气水合物固态流化开采工艺。因此，基于海底天然气水合物开采时工艺特殊、环境复杂、工况恶劣等特点，其所用井下分离器的结构、性能、功能相较于现有分离器来说均有不同的要求。为了实现对于天然气水合物开采井下分离器的机理分析、设计制造和产品测试等过程中科学性研究，专用的分离器模拟测试功能的实验系统是必不可少的。
[0003]通过调研分析，当前分离器实验系统应用于天然气水合物开采井下原位分离器测试过程中，存在如下问题或不足：
[0004](1)现有分离器实验系统只能调节出简单的运行工况，无法模拟天然气水合物开采过程中不同环境参数及不同运行工况；
[0005](2)现有分离器实验系统只能单独测试结构单一或规格参数有限的旋流或螺旋原理的分离器，无法开展对不同结构及规格参数的旋流、螺旋分离器的模拟测试，尤其是旋流、螺旋分离耦合流场及机理的模拟测试；
[0006](3)现有分离器实验系统对压力、流量、温度等参数实时采集、实时观测、综合分析能力较差，而对于天然气水合物开采用中存在泥砂、海水、水合物等气液固多相多物质，实验测试过程中需对分离器中流场及粒子的运动状态进行可视化观测和微观分析。
[0007]因此，当前没有能直接满足天然气水合物开采井下原位分离器的机理分析、设计制造和产品测试的模拟实验系统。为了促进天然气水合物开采装备及工具的研发，确保其开采的高效率和开采过程的安全性，有必要结合深海天然气水合物开采的工况要求以及水合物自身的特性，专利技术一种天然气水合物井下分离器的实验系统，以满足天然气水合物开采井下分离器的机理分析、设计制造和产品测试等过程中科学性研究，为推进全球天然气水合物商业开采装备及工具研究进程提供重要平台及技术支撑。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种功能性强、适应性好、操作智能的井下原位螺旋
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旋流耦合分离模拟实验系统。为了解决现有水合物分离器类型、结构单一的问题，本专利技术的可
变分离模拟装置采用螺旋、旋流耦合使用，整体装置通过法兰盘利用螺栓连接；为了解决现有水合物分离器参数固定的问题，本专利技术采用螺旋值可以变化的分段装置；为了解决现有分离器实验系统不能模拟不同环境参数及不同运行工况，本专利技术采用流量测试仪、温度泵、压力传感器等装置，实时采集流量、温度、压力等数据，实时模拟不同环境参数及不同运行工况；为了解决现有分离器实验系统无法完成对分离器前后粒子状态可视化观察的功能，本专利技术中可变分离模拟装置的材质采用有机玻璃，并设置同步测试装置、PIV、高速摄像机等实时监测和分析可变分离模拟装置中的流场与粒子运动状态。
[0009]本专利技术采用如下技术方案：
[0010]1.一种井下原位螺旋
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旋流耦合分离模拟实验系统，其特征在于：所述的井下原位螺旋
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旋流耦合分离模拟实验系统包括水合物混合相输送模块、分离器模拟调装模块、管底泥沙沉降回填模块、管内多相分离监测模块、中控与数据采集模块，所述管底泥沙沉降回填模块和管内多相分离监测模块由可变分离模拟装置分隔开；可变分离模拟装置上端连接为管内多相分离监测模块，下端连接管底泥沙沉降回填模块；外接中控与数据采集模块，其中：
[0011]水合物混合相输送模块包括混料罐、泥浆泵、入口阀、流量计Ⅰ、压力计Ⅰ、控制器Ⅰ、流量测试仪Ⅰ、温度泵Ⅰ、压力传感器Ⅰ、同步测试装置Ⅰ、PIVⅠ、高速摄像机Ⅰ、取样口Ⅰ；
[0012]分离器模拟调装模块包括可变分离模拟装置、泥砂沉降仓、底部支座；
[0013]管底泥沙沉降回填模块包括取样口Ⅱ、压力计Ⅱ、底流阀；
[0014]管内多相分离监测模块包括取样口Ⅲ、同步测试装置Ⅱ、PIVⅡ、高速摄像机Ⅱ、控制器Ⅱ、流量测试仪Ⅱ、温度泵Ⅱ、压力传感器Ⅱ、压力计Ⅲ、流量计Ⅱ、溢流阀；
[0015]中控与数据采集模块包括中央控制器、数据采集及处理器、控制面板；
[0016]可变分离模拟装置由水合物气液分流仓、混合流体输入仓、电机旋流仓、螺旋一级分离仓、螺旋二级分离仓、旋流挡板仓、内部流道Ⅰ、内部流道Ⅱ、内部流道Ⅲ、内部流道Ⅳ、螺栓组成；
[0017]水合物气液分流仓在可变分离模拟装置最上端，下端连接混合流体输入仓，混合流体输入仓上端与水合物气液分流仓连接，下端与电机旋流仓连接，电机旋流仓下端连接螺旋一级分离仓，螺旋一级分离仓下端连接螺旋二级分离仓，螺旋二级分离仓下端依次连接旋流挡板仓、泥砂沉降仓、底部支座；
[0018]电机旋流仓内设置旋流桨，内部流道Ⅱ与流道外壳由悬空肋板Ⅰ连接固定，悬空肋板Ⅰ分别焊接在内部流道Ⅱ外壁和流道外壳内壁，电动机连接在流道外壳外壁上；
[0019]螺旋一级分离仓内设置悬空肋板Ⅱ，螺旋二级分离仓上下两端设置有法兰盘Ⅱ，螺旋一级分离仓与螺旋二级分离仓通过法兰盘Ⅰ和法兰盘Ⅱ上的螺栓连接；
[0020]螺旋一级分离仓内设置的螺旋片Ⅰ焊接在内部流道Ⅲ外壁上，螺旋二级分离仓内设置的螺旋片Ⅱ焊接在内部流道Ⅳ外壁上；
[0021]控制器Ⅰ、流量测试仪Ⅰ、温度泵Ⅰ、压力传感器Ⅰ、同步测试装置Ⅰ、取样口Ⅰ、同步测试装置Ⅱ、控制器Ⅱ、压力传感器Ⅱ、温度泵Ⅱ、流量测试仪Ⅱ分别直接与中央控制器外接，数据采集及处理器直接与中央控制器连接，控制面板控制中央控制器。
[0022]2.进一步地，所述的水合物气液分流仓、混合流体输入仓、电机旋流仓、螺旋一级分离仓、螺旋二级分离仓、旋流挡板仓、泥砂沉降仓所采用材质为有机玻璃，底部支座、内部
流道Ⅰ、螺栓所采用材质为高铬铸铁。
[0023]3.进一步地，所述的一种井下原位螺旋
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旋流耦合分离模拟实验系统，其特征在于：所述的水合物气液分流仓主要由水合物液相出口端与水合物气相出口端构成。
[0024]4.进一步地，所述的一种井下原位螺旋
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旋流耦合分离模拟实验系统，其特征在于：所述的混合流体输入仓连接有法兰盘流体入口。
[0025]5.进一步地，所述的一种井下原位螺旋
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井下原位螺旋
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旋流耦合分离模拟实验系统，其特征在于：所述的井下原位螺旋
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旋流耦合分离模拟实验系统包括水合物混合相输送模块(0
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1)、分离器调装模拟模块(0
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2)、管底泥沙沉降回填模块(0
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3)、管内多相分离监测模块(0
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4)、中控与数据采集模块(0
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5)；所述的水合物混合相输送模块(0
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1)包括混料罐(1)、泥浆泵(2)、入口阀(3)、流量计Ⅰ(4)、压力计Ⅰ(5)、控制器Ⅰ(6)、流量测试仪Ⅰ(7)、温度泵Ⅰ(8)、压力传感器Ⅰ(9)、同步测试装置Ⅰ(10)、PIVⅠ(11)、高速摄像机Ⅰ(12)、取样口Ⅰ(13)；所述的分离器调装模拟模块(0
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2)包括可变分离模拟装置(14)、泥砂沉降仓(38)、底部支座(39)；所述的管底泥沙沉降回填模块(0
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3)包括取样口Ⅱ(15)、压力计Ⅱ(16)、底流阀(17)；所述的管内多相分离监测模块(0
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4)包括取样口Ⅲ(18)、同步测试装置Ⅱ(19)、PIVⅡ(20)、高速摄像机Ⅱ(21)、控制器Ⅱ(22)、流量测试仪Ⅱ(23)、温度泵Ⅱ(24)、压力传感器Ⅱ(25)、压力计Ⅲ(26)、流量计Ⅱ(27)、溢流阀(28)；所述的中控与数据采集模块(0
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5)包括中央控制器(29)、数据采集及处理器(30)、控制面板(31)；所述的可变分离模拟装置(14)由水合物气液分流仓(32)、混合流体输入仓(33)、电机旋流仓(34)、螺旋一级分离仓(35)、螺旋二级分离仓(36)、旋流挡板仓(37)、内部流道Ⅰ(40)、内部流道Ⅱ(344)、内部流道Ⅲ(354)、内部流道Ⅳ(363)、螺栓(41)组成；所述的水合物气液分流仓(32)在可变分离模拟装置(14)最上端，下端连接混合流体输入仓(33)，混合流体输入仓(33)上端与水合物气液分流仓(32)连接，下端与电机旋流仓(34)连接，电机旋流仓(34)下端连接螺旋一级分离仓(35)，螺旋一级分离仓(35)下端连接螺旋二级分离仓(36)，螺旋二级分离仓(36)下端依次连接旋流挡板仓(37)、泥砂沉降仓(38)、底部支座(39)；所述的电机旋流仓(34)内设置旋流桨(341)，内部流道Ⅱ(344)与流道外壳(345)由悬空肋板Ⅰ(342)连接固定，悬空肋板Ⅰ(342)分别焊接在内部流道Ⅱ(344)外壁和流道外壳(345)内壁，电动机(343)连接在流道外壳(345)外壁上；所述的螺旋一级分离仓(35)内设置悬空肋板Ⅱ(351)，螺旋二级分离仓(36)上下两端设置有法兰盘Ⅱ(361)，螺旋一级分离仓(35)与螺旋二级分离仓(36)通过法兰盘Ⅰ(352)和法兰盘Ⅱ(361)上的螺栓(41)连接；所述的螺旋一级分离仓(35)内设置的螺旋片Ⅰ(353)焊接在内部流道Ⅲ(354)外壁上，螺旋二级分离仓(36)内设置的螺旋片Ⅱ(362)焊接在内部流道Ⅳ(363)外壁上；所述的控制器Ⅰ(6)、流量测试仪Ⅰ(7)、温度泵Ⅰ(8)、压力传感器Ⅰ(9)、同步测试装置Ⅰ(10)、取样口Ⅰ(13)、同步测试装置Ⅱ(19)、控制器Ⅱ(22)、流量测试仪Ⅱ(23)、温度泵Ⅱ(24)、压力传感器Ⅱ(25)分别直接与中央控制器(29)外接，数据采集及处理器(30)直接与中央控制器(29)连接，控制面板(31)连接中央控制器(29)。2.根据权利要求1所述的一种井下原位螺旋
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旋流耦合分离模拟实验系统，其特征在于：所述的水合物气液分流仓(32)、混合流体输入仓(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐洋，谢娜，李泽良，赵金海，王国荣，张烈辉，王金忠，高翔，袁国海，何玉发，李清平，刘和兴，
申请(专利权)人：南方海洋科学与工程广东省实验室湛江，
类型：发明
国别省市：